Батерија је основна компонента електричног возила, а њене перформансе одређују техничке индикаторе као што су век трајања батерије, потрошња енергије и век трајања електричног возила. Лежиште батерије у модулу батерије је главна компонента која обавља функције ношења, заштите и хлађења. Модуларни батеријски пакет је постављен у лежишту батерије, фиксиран на шасију аутомобила преко лежишта батерије, као што је приказано на слици 1. Пошто је инсталиран на дну каросерије возила и радно окружење је сурово, лежиште батерије мора имати функцију спречавања удара камења и пробијања како би се спречило оштећење модула батерије. Лежиште батерије је важан безбедносни структурни део електричних возила. У наставку је представљен процес обликовања и дизајн калупа лежишта батерије од легуре алуминијума за електрична возила.
Слика 1 (Посуда за батерију од легуре алуминијума)
1 Анализа процеса и дизајн калупа
1.1 Анализа одливака
Лежиште за батерије од легуре алуминијума за електрична возила приказано је на слици 2. Укупне димензије су 1106 мм × 1029 мм × 136 мм, основна дебљина зида је 4 мм, квалитет одливака је око 15,5 кг, а квалитет одливака након обраде је око 12,5 кг. Материјал је A356-T6, затезна чврстоћа ≥ 290 MPa, граница течења ≥ 225 MPa, издужење ≥ 6%, тврдоћа по Бринелу ≥ 75~90HBS, потребно је да испуњава захтеве непропусности за ваздух и IP67 и IP69K.
Слика 2 (Посуда за батерију од легуре алуминијума)
1.2 Анализа процеса
Ливење под ниским притиском је посебна метода ливења која се налази између ливења под притиском и гравитационог ливења. Не само да има предности коришћења металних калупа за оба, већ има и карактеристике стабилног пуњења. Ливење под ниским притиском има предности пуњења малом брзином одоздо нагоре, лако контролисане брзине, малог удара и прскања течног алуминијума, мање оксидне згуре, високе густине ткива и високих механичких својстава. Код ливења под ниским притиском, течни алуминијум се пуни глатко, а одливак се стврдњава и кристализује под притиском, и може се добити одливак са високом густом структуром, високим механичким својствима и лепим изгледом, што је погодно за обликовање великих танкозидних одливака.
Према механичким својствима која захтева ливење, материјал за ливење је А356, који може задовољити потребе купаца након Т6 третмана, али флуидност ливења овог материјала генерално захтева разумну контролу температуре калупа за производњу великих и танких одливака.
1.3 Систем за изливање
С обзиром на карактеристике великих и танких одливака, потребно је пројектовати вишеструке капије. Истовремено, како би се осигурало глатко пуњење течним алуминијумом, канали за пуњење се додају на прозору, које је потребно уклонити накнадном обрадом. Две процесне шеме система за ливење су пројектоване у раној фази, а свака шема је упоређена. Као што је приказано на слици 3, шема 1 распоређује 9 капија и додаје канале за довод на прозору; шема 2 распоређује 6 капија које се изливају са стране одливака који се формира. CAE симулациона анализа је приказана на слици 4 и слици 5. Користите резултате симулације за оптимизацију структуре калупа, покушајте да избегнете негативан утицај дизајна калупа на квалитет одливака, смањите вероватноћу дефеката одливака и скратите циклус развоја одливака.
Слика 3 (Поређење две процесне шеме за низак притисак
Слика 4 (Поређење температурног поља током пуњења)
Слика 5 (Поређење дефеката порозности услед скупљања након очвршћавања)
Резултати симулације горе наведене две шеме показују да се течни алуминијум у шупљини креће навише приближно паралелно, што је у складу са теоријом паралелног пуњења течног алуминијума у целини, а симулирани делови порозности скупљања одливака решавају се јачањем хлађења и другим методама.
Предности две шеме: Судећи по температури течног алуминијума током симулираног пуњења, температура дисталног краја одливка формираног по шеми 1 има већу уједначеност него код шеме 2, што погодује пуњењу шупљине. Одливак формиран по шеми 2 нема остатке капије као код шеме 1. Порозност скупљања је боља него код шеме 1.
Недостаци ове две шеме: Пошто је капија постављена на одливку који се формира у шеми 1, постојаће остатак капије на одливку, који ће се повећати за око 0,7 kcal у поређењу са оригиналним одливком. Од температуре течног алуминијума у шеми 2 симулираном пуњењу, температура течног алуминијума на дисталном крају је већ ниска, а симулација је испод идеалног стања температуре калупа, тако да капацитет протока течног алуминијума може бити недовољан у стварном стању и постојаће проблем са потешкоћама у ливењу.
У комбинацији са анализом различитих фактора, шема 2 је изабрана као систем ливења. С обзиром на недостатке шеме 2, систем ливења и систем грејања су оптимизовани у дизајну калупа. Као што је приказано на слици 6, додат је преливни успон, што је корисно за пуњење течним алуминијумом и смањује или избегава појаву дефеката у одливцима.
Слика 6 (Оптимизовани систем за ливење)
1.4 Систем хлађења
Делови који су изложени напрезању и подручја са високим захтевима за механичке перформансе одливака морају се правилно хладити или доводити у воду како би се избегла порозност услед скупљања или термичко пуцање. Основна дебљина зида одливака је 4 мм, а на очвршћавање ће утицати одвођење топлоте самог калупа. За његове важне делове, подешен је систем за хлађење, као што је приказано на слици 7. Након што је пуњење завршено, пропушта се вода да се охлади, а специфично време хлађења треба подесити на месту ливења како би се осигурало да се редослед очвршћавања формира од краја капије до краја капије, а капија и успон се очвршћују на крају како би се постигао ефекат довода. Делови са дебљим зидом усвајају метод додавања воденог хлађења уметку. Овај метод има бољи ефекат у самом процесу ливења и може избећи порозност услед скупљања.
Слика 7 (Систем хлађења)
1.5 Издувни систем
Пошто је шупљина метала за ливење под ниским притиском затворена, она нема добру пропустљивост за ваздух као пешчани калупи, нити се испушта кроз успонске цеви код општег гравитационог ливења, испуштање из шупљине ливења под ниским притиском ће утицати на процес пуњења течним алуминијумом и квалитет одливака. Калуп за ливење под ниским притиском може се испуштати кроз празнине, жлебове за испуштање и чепове за испуштање на површини за раздвајање, потисну шипку итд.
Дизајн величине издувних гасова у издувном систему треба да буде погодан за издув без преливања, разуман издувни систем може спречити одливке од недостатака као што су недовољно пуњење, растресита површина и ниска чврстоћа. Коначно подручје пуњења течним алуминијумом током процеса ливења, као што су бочни ослонац и успон горњег калупа, мора бити опремљено издувним гасом. С обзиром на чињеницу да течни алуминијум лако улази у отвор издувног чепа у стварном процесу ливења под ниским притиском, што доводи до ситуације да се ваздушни чеп извлачи када се калуп отвори, усвојене су три методе након неколико покушаја и побољшања: Метод 1 користи синтеровани ваздушни чеп добијен металургијом праха, као што је приказано на слици 8(а), недостатак је што су трошкови производње високи; Метод 2 користи издувни чеп са шавом и зазором од 0,1 мм, као што је приказано на слици 8(б), недостатак је што се издувни шав лако блокира након прскања боје; Метод 3 користи издувни чеп сечен жицом, зазор је 0,15~0,2 мм, као што је приказано на слици 8(ц). Недостаци су ниска ефикасност обраде и високи трошкови производње. Потребно је одабрати различите издувне чепове у складу са стварном површином одливака. Генерално, синтеровани и жичано сечени вентилациони чепови се користе за шупљину одливака, а тип шава се користи за главу од пескастог језгра.
Слика 8 (3 врсте издувних чепова погодних за ливење под ниским притиском)
1.6 Систем грејања
Одлив је великих димензија и танког зида. У анализи тока у калупу, брзина протока течног алуминијума на крају пуњења је недовољна. Разлог је тај што течни алуминијум предуго тече, температура пада, а течни алуминијум се прерано стврдњава и губи своју способност течења. Долази до хладног затварања или недовољног ливења, а успон горњег калупа неће моћи да постигне ефекат пуњења. На основу ових проблема, без промене дебљине зида и облика одливка, повећати температуру течног алуминијума и температуру калупа, побољшати флуидност течног алуминијума и решити проблем хладног затварања или недовољног ливења. Међутим, прекомерна температура течног алуминијума и температура калупа ће створити нове термичке спојеве или порозност скупљања, што ће резултирати прекомерним рупицама у равни након ливења. Стога је неопходно одабрати одговарајућу температуру течног алуминијума и одговарајућу температуру калупа. Према искуству, температура течног алуминијума се контролише на око 720℃, а температура калупа на 320~350℃.
Због велике запремине, танког зида и мале висине одливака, систем грејања је инсталиран на горњем делу калупа. Као што је приказано на слици 9, смер пламена је окренут ка дну и бочним странама калупа како би се загрејала доња раван и бочне стране одливака. У складу са ситуацијом ливења на лицу места, подесите време загревања и пламен, контролишите температуру горњег дела калупа на 320~350 ℃, осигурајте флуидност течног алуминијума у разумном опсегу и учините да течни алуминијум испуни шупљину и успон. У стварној употреби, систем грејања може ефикасно да обезбеди флуидност течног алуминијума.
Слика 9 (Систем грејања)
2. Структура калупа и принцип рада
Према поступку ливења под ниским притиском, у комбинацији са карактеристикама одливака и структуром опреме, како би се осигурало да формирани одливак остане у горњем калупу, на горњем калупу су пројектоване предња, задња, лева и десна структура за извлачење језгра. Након што се одливак формира и стврдне, прво се отварају горњи и доњи калуп, а затим се језгро извлачи у 4 смера, и на крају горња плоча горњег калупа избацује формирани одливак. Структура калупа је приказана на слици 10.
Слика 10 (Структура калупа)
Уредила Меј Ђијанг из МАТ Алуминијума
Време објаве: 11. мај 2023.
